Радіометр Крукса

Радіометр Крукса

Ще під час навчання у ВУЗі ми втікали на перекур на 2-й поверх великої аудиторії, де стояли старезні дерев’яні стелажі з різним реманентом для лекцій з фізики.

Серед інших, привернув мою увагу один пристрій: колба, схожа на жарівку (лампочку), в якому безперестанно крутилися маленькі пелюстки металу.

Співставляючи побачене зі своїми знаннями 2-х курсів фізики я помилково вирішив що це "Крильця Лебедєва", які демонструють тиск сонячного світла.

15 років по тому, шукаючи цей "пристрій" по інтернет-магазинах сувенірів, виявилося, що по-перше їх чомусь мало де є, а по-друге, це не "Крильця Лебедєва", а "Радіометр Крукса". :)

Радіометр Крукса

У прозорій колбі, з якої частково (це важливо) викачано повітря, на тонкій опорі-голці розташовано тонкі пластини металу, які мають темнішу і світлішу сторони та з’єднані між собою на кшталт ротора (радіально).

При потраплянні світла на пелюстки металу вони починають крутитися навколо спільної осі. Але не завдяки тиску світла, як пробує підказати проста логіка, а через радіометричний ефект — теплову дію променів.

Цікаво, що Вільям Крукс, який і помітив цей ефект 1874 року, а також деякі інші науковці1, пов’язували явище якраз з тиском світла. Проте той самий Лебедєв, 1901 року, викачав з колби майже все повітря і продемонстрував, що у вакуумі цей ефект не проявляється3. Докладалися до розгадки задачки, зокрема, і відомі фізики Максвел та Енштейн.

Якщо на хлопський розум, сонячне випромінювання нагріває один бік пелюсток (темний). Тепло нагрітої поверхні передається повітрю біля пластини. Молекули повітря починають швидше рухатися і стикатися з пластиною, стукатися в неї, передаючи частину своєї кінетичної енергії (енергії руху). З іншого (світлого) боку пластини повітря холодніше, відповідно тиск молекул менший. Різниця тисків2 з різних боків пластини створює силу, тобто надає їй руху.

Чим сильніше випромінювання, тим більша різниця температур з різних боків пластини, тобто і швидше вони крутяться.

Насправді, там діють й інші термодинамічні ефекти, наприклад т.зв. теплова транспірація (рух речовини всередині неоднорідно нагрітого тіла). А їх вплив на явище і досі до кінця точно не вирахувано.

Таким чином можна оцінювати теплову (не світлову) енергію світла. Джерелом може бути будь-яке світло чи інші електромагнітні хвилі що несуть багато теплової енергії: cонячне чи інфрачервоне світло, навіть звичайна жарівка4. Але наприклад люмінесцентні лампи "денного світла" чи напівпровідникові лампочки не зможуть розкрутити класичний радіометр.

Свій радіометр Крукса (на відео) я придбав через eBay, в німецького підприємця що спеціалізується на виробах зі скла. На Amazon-і є така іграшка, від єдиної фірми, але лише "для Штатів". Дивно що китайці такого не роблять.


  1. Вчені висували різні гіпотези, але більшість з них було спростовано при детальніших перевірках в інших експериментах. 

  2. Під тиском тут треба розуміти кінетичну енергію молекул газу, а не тиск як "вага газу". 

  3. Фактично Лебедєв намагався позбутися радіометричного ефекту, бо це заважало йому виміряти власне тиск світла. 

  4. Десь зустрічав що бувають радіометри які можна розкрутити теплом долоні. 


Коментарі